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引言

水泥混凝土作為重要的建筑材料，被廣泛應(yīng)用于土木工程中，“養(yǎng)護”是混凝土施工必不可少的工序，也是提高混凝土強度的重要保障措施。目前常用的養(yǎng)護方法有：養(yǎng)生劑養(yǎng)護、覆蓋灑水養(yǎng)護、自然水噴淋養(yǎng)護、自動噴淋養(yǎng)護等[1]。其中養(yǎng)生劑養(yǎng)護是在混凝土表面形成隔離層，鎖住水分，起到養(yǎng)護的目的；覆蓋式灑水養(yǎng)護是在水泥混凝土表面鋪設(shè)覆蓋物，通過灑水保持覆蓋物濕潤，起到養(yǎng)護的作用；自然水噴淋養(yǎng)護通過預(yù)設(shè)水管網(wǎng)，利用噴淋裝置，保持水泥混凝土濕潤的養(yǎng)護方法；自動噴淋養(yǎng)護通過現(xiàn)場的工業(yè)觸摸屏或者遠程輸入控制參數(shù)，使PLC控制器控制管路中各個電磁閥和水泵的開啟，實現(xiàn)混凝土預(yù)制梁噴淋養(yǎng)護[2-3]。由于養(yǎng)生劑養(yǎng)護缺乏統(tǒng)一的國家標準，覆蓋灑水養(yǎng)護、自然水噴淋養(yǎng)護依靠人工，且用水量大不環(huán)保。自動噴淋養(yǎng)護，雖然能實現(xiàn)自動化的養(yǎng)護工作，但是成本造價高，且需要在混凝土構(gòu)件預(yù)制場建設(shè)期就規(guī)劃好官網(wǎng)的布置，對于已建好的預(yù)制場，布置管網(wǎng)困難，造價高。因此在橋梁建設(shè)過程中，需要研發(fā)具有針對性的簡易智能自動噴淋養(yǎng)護系統(tǒng)，實現(xiàn)預(yù)制梁全天候養(yǎng)護，保證養(yǎng)生效果和質(zhì)量。

1 智能養(yǎng)護系統(tǒng)原理

1.1 智能養(yǎng)護系統(tǒng)組成

智能養(yǎng)護系統(tǒng)由高壓水泵、鋼制軌道、養(yǎng)護機器人、傳感器、通信系統(tǒng)組成。

1.1.1 高壓水泵

高壓水泵主要為水網(wǎng)提供壓力，保持管網(wǎng)內(nèi)養(yǎng)護用水的流通。如現(xiàn)場配有自來水系統(tǒng)，可不需高壓水泵。

1.1.2 鋼制軌道

鋼制軌道由兩條方形管組成，架設(shè)在預(yù)制梁頂面上，供養(yǎng)護機器人來回巡查行駛。

1.1.3 養(yǎng)護機器人

養(yǎng)護機器人由噴淋架、噴淋控制器、動力系統(tǒng)、水箱組成。

1）噴淋架：由管路和霧化噴頭兩部分組成，主要用來實現(xiàn)養(yǎng)護用水的均勻撒布?？赏ㄟ^噴淋時間、噴水量和水流壓力三個因素選擇霧化噴頭。

2）噴淋控制器：根據(jù)水泥混凝土梁體內(nèi)的溫度、濕度，控制霧化噴頭開啟和關(guān)閉的時間，保證梁體表面始終處于濕潤的狀態(tài)。

3）動力系統(tǒng)：驅(qū)動養(yǎng)護機器人在鋼制軌道上行走。

4）水箱：水箱主要用于儲存和中轉(zhuǎn)施工現(xiàn)場獲取的自然水，水箱內(nèi)安裝浮球，當水箱水位下降，動力系統(tǒng)將養(yǎng)護機器人行駛至梁端補水，梁端的水管上安裝有電磁閥及光電感應(yīng)器，當機器人行駛至補水區(qū)，進水管路電磁閥打開進水，當水位上升到一定高度，機器人駛離補水區(qū)，電磁閥自動關(guān)閉，以保證水箱的水能夠持續(xù)供應(yīng)噴淋系統(tǒng)。

1.1.4 傳感器

傳感器包括溫度傳感器、濕度傳感器、含水量傳感器，通過檢測梁體的溫度、濕度、含水量確定水泥混凝土預(yù)制梁表面的最佳含水量區(qū)間，保證在養(yǎng)護期間的水泥混凝土預(yù)制梁始終處于最佳含水量區(qū)間。

1.1.5 無線通信系統(tǒng)

無線通信系統(tǒng)將傳感器采集的數(shù)據(jù)實時上傳云端存儲，同時可以接受遠程的控制信息。

1.2 智能養(yǎng)護自動控制原理

水泥混凝土強度增長，受養(yǎng)護溫度和濕度的影響，在實驗室內(nèi)水泥混凝土試件標準養(yǎng)護條件為溫度20℃±2℃、相對濕度大于95%。在高溫條件下可以促進水泥混凝土的水化作用，需要更多的水分參與水化反應(yīng)，加快強度增長，所以溫度對含水量的影響為正影響。相對濕度較高時也可以促進水泥混凝土的水化反應(yīng)，但濕度和含水量對水泥混凝土養(yǎng)生的效果類似。綜合以上理論，提出溫濕耦合最佳含水量的表達式：

式中：w為溫濕耦合最佳含水量（質(zhì)量分數(shù)），%；φ為相對濕度，%；t為溫度，℃。

溫濕耦合最佳含水量是為了對噴淋時間進行閉環(huán)控制，必須通過設(shè)定上下限來控制養(yǎng)護機器人的開啟。為了保證養(yǎng)護效果，實現(xiàn)節(jié)水目的，設(shè)定溫濕耦合最佳含水量的上下限為w±3%。當實時含水量達到加權(quán)下限w-3%時開啟養(yǎng)護機器人，當實時含水量達到加權(quán)上限w+3%時關(guān)閉養(yǎng)護機器人。

1.3 智能養(yǎng)護軟件開發(fā)

如圖1所示為智能養(yǎng)護APP及PC界面。通過手機APP可以遠程設(shè)定溫濕度閾值，實現(xiàn)養(yǎng)護機器人的自動開啟。也可以遠程手動開啟養(yǎng)生機器人。網(wǎng)頁客戶端可以實時查看養(yǎng)護梁體的溫濕度變化，記錄梁體的養(yǎng)護過程，可實現(xiàn)養(yǎng)護質(zhì)量的追溯。

圖1 智能養(yǎng)生APP及PC界面

2 智慧養(yǎng)護效果評價

在水泥混凝土預(yù)制梁板生產(chǎn)過程中，分別采用智能養(yǎng)生與人工養(yǎng)護，從表觀質(zhì)量、預(yù)制梁強度兩個方面評價智能養(yǎng)護技術(shù)應(yīng)用效果。

2.1 表觀質(zhì)量

通過對比兩種養(yǎng)護方法，發(fā)現(xiàn)人工養(yǎng)護箱梁表面可見部分裂紋，而智慧養(yǎng)護則少見有此類裂紋。隨機抽查不同養(yǎng)護方法的各4片箱梁，對表觀質(zhì)量檢查結(jié)果列于表1。

由表1可知，智慧養(yǎng)護梁體未出現(xiàn)裂紋現(xiàn)象，且顏色較為均勻，表明與人工養(yǎng)護相比，智慧養(yǎng)護有較大的優(yōu)勢，可保證預(yù)制梁的生產(chǎn)質(zhì)量。

表1 不同養(yǎng)護模式表觀質(zhì)量對比

2.2 預(yù)制梁強度

智慧養(yǎng)護與傳統(tǒng)養(yǎng)護兩種方式下，水泥混凝土預(yù)制梁的回彈強度結(jié)果如表2所示。

表2 不同養(yǎng)護模式回彈強度對比

從表2中可以看出智慧養(yǎng)護預(yù)制梁混凝土強度明顯優(yōu)于傳統(tǒng)養(yǎng)護，且變異系數(shù)較低，強度增長更為均勻，表明好的養(yǎng)護環(huán)境有利于混凝土強度發(fā)展。

3 結(jié)論

智慧養(yǎng)護作為一種新型的施工質(zhì)量控制手段，提高了混凝土預(yù)制梁養(yǎng)生工作的標準化、精準化、智能化水平。通過實際應(yīng)用得出以下結(jié)論：

1）根據(jù)混凝土溫度濕度以及水熱化等參數(shù)自動控制噴淋用水量和噴淋頻率，養(yǎng)護全過程智能化、自動化控制，無需人工參與；

2）表觀質(zhì)量檢查的結(jié)果表明智慧養(yǎng)護系統(tǒng)采用移動式霧化噴淋，避免了同一位置長時間噴淋，使混凝土表面產(chǎn)生水漬污染，提升梁體的美觀性；

3）可提高混凝土早期強度，養(yǎng)護效果優(yōu)越，避免因水壓過高損壞混凝土表面鈣質(zhì)，提高了混凝土表面強度。